新发展理念下山西省城市韧性时空分异与障碍因素研究

Research on spatiotemporal differentiation and obstacle factors of urban resilience in Shanxi Province under new development concept

摘要

目的 城市韧性体现了城市面对不确定性因素的抵御力、恢复力和适应力，研究山西省城市韧性水平的时空分异和障碍因子能够为新时期制定城市发展规划提供参考，提高城市防范化解风险的能力。 方法 基于新发展理念，构建经济韧性、社会韧性、生态韧性和工程韧性4个维度的城市韧性测度指标体系，运用熵值法、综合加权法、三维核密度、障碍度模型等方法，分析了2010—2022年城市韧性时空演化特征，并对影响城市韧性水平的障碍因子进行科学诊断。 结果 （1） 从时间序列变化看，2010—2022年山西省城市韧性水平总体呈波动上升的态势，11个地级市各维度变化特征存在差异。（2） 从空间格局演变看，山西省城市韧性水平存在较为明显的空间分异特征，逐渐呈现出以太原市为核心，晋东南为次核心的发展格局。（3） 各维度平均障碍度排序为经济韧性（0.357 4）>社会韧性（0.278 0）>工程韧性（0.206 4）>生态韧性（0.158 1）。主要的障碍因子有对外贸易进出口额、科技支出占比、互联网宽带接入用户数、人均地区生产总值、人均可支配收入、万人医生数、人均存款、实际利用外资投资额。 结论 山西省城市韧性水平整体波动上升，高韧性城市单一，区域韧性空间分异显著，区域协调发展有较大推进空间。

Abstract

Objective Urban resilience reflects the city′s resistance， recovery， and adaptability in the face of uncertain factors. Studying the spatiotemporal differentiation and obstacle factors of urban resilience levels in Shanxi Province can provide reference for formulating urban development plans in the new era and improve cities′ ability to prevent and resolve risks. Methods Based on the new development concept， an urban resilience measurement index system with four dimensions of economic resilience， social resilience， ecological resilience， and engineering resilience was constructed. Entropy value method， comprehensive weighting method， three-dimensional kernel density estimation， obstacle degree model， and other methods were used to analyze the spatiotemporal evolutionary characteristics of urban resilience from 2010 to 2022， and the obstacle factors affecting the level of urban resilience were scientifically diagnosed. Results （1） From a time-series perspective， the urban resilience level in Shanxi Province generally showed a fluctuating upward trend from 2010 to 2022， and the change characteristics of each dimension in the 11 prefecture-level cities varied. （2） From the perspective of spatial pattern evolution， the urban resilience level in Shanxi Province had relatively obvious spatial differentiation characteristics， and it gradually showed a development pattern with Taiyuan City as the core and southeastern Shanxi as the secondary core. （3） The order of the average obstacle degree of each dimension was economic resilience （0.357 4）>social resilience （0.278 0）>engineering resilience （0.206 4）>ecological resilience （0.158 1）. The main obstacles included total import and export volume of foreign trade， proportion of science and technology expenditure， number of Internet broadband access users， per capita regional GDP， per capita disposable income， number of doctors per 10 000 people， per capita deposits， and the amount of actual utilized foreign investment. Conclusion The overall level of urban resilience in Shanxi Province fluctuates and increases. Highly resilient cities are limited in number， regional resilience spatial differentiation is significant， there is considerable room for promoting coordinated regional development.

Graphical abstract

关键词

城市韧性 / 新发展理念 / 障碍因素 / 山西省

Key words

urban resilience / new development concept / obstacle factors / Shanxi Province

随着城市化进程的加快，城市自然灾害、公共卫生事件、生态环境恶化等因素使城市发展过程中面临着严峻的不确定性和风险。如何建设有韧性能力的城市，是学术界和政府共同关注的话题^［1-2］。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确提出“韧性城市”的建设目标，将“韧性城市”建设纳入国家战略发展规划，党的二十大报告中强调“打造宜居、韧性、智慧城市”，提升城市韧性成为新时代城市高质量发展的必要途径。韧性（resilience）由拉丁语“Resilio”演化而来，最初意为“事物恢复到原始状态的能力”，最早应用于系统生态学中^［3］。韧性概念经过工程韧性、生态韧性和演化韧性演变^［4-5］，学者对于“韧性”认识和研究也不断深入，逐渐拓展到自然生态、社会、经济、并逐步应用到城市研究当中^［6-8］。2002年倡导地区可持续发展国际理事会（International Council for Local Environmental Initiatives， ICLEI）首次提出“韧性城市”议题，城市韧性研究兴起^［9］。随着地理学、城市规划学、经济学、社会学等不同学科对城市韧性的研究日益深入，城市韧性的内涵不断丰富^［2，10］，综合不同学科对城市韧性的理解，城市韧性是指由经济、社会、生态、基础设施等系统组成的城市高度复杂耦合系统在面对各种自然和人为干扰时所表现出来的适应力和恢复力以及学习能力^［2］。

国内外对城市韧性的研究集中在以下方面：（1） 城市韧性内涵解析与研究进展^［2，10］；（2） 城市韧性测度，尺度范围覆盖国家级、区域、省域、市域、城市群等^［11-13］，由静态测度向动态分析转变，大多采用数理统计模型测度城市韧性水平^［14-15］；（3） 城市韧性分单系统评价和多维度综合评价，综合评价多集中在生态、经济、社会、基础设施韧性等维度^［13］；（4） 城市韧性的多元化研究视角，从灾害风险^［16］、与其他系统耦合协调关系^［17-18］、复杂适应系统等^［19］视角建立评估框架。

目前学界有关韧性研究不断丰富，但仍存在一些不足：第一，城市韧性评价指标选取主要基于理论基础，从系统组成要素出发，在整合城市功能系统，多维度全方位测度城市韧性方面尚考虑不足；第二，对中部资源型城市韧性定量分析关注较少，目前关于山西省城市韧性的研究成果相对较少，多聚焦于经济韧性、生态韧性、多维韧性耦合协调。因此，本文在深入理解城市韧性内涵的基础上，以“创新、协调、绿色、开放、共享”为核心准则，构建经济韧性、社会韧性、生态韧性和工程韧性4个系统的城市韧性测度指标体系，探究城市韧性水平的时空格局及障碍因素，为山西省城市高质量发展政策制定提供科学依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

山西省东接太行山，西、南依吕梁山、黄河，北依长城，位于110°14′—114°33′E，34°34′—40°44′N，行政区轮廓大致呈东北斜向西南的平行四边形，是黄土广泛覆盖的山地高原，地势东北高西南低。总面积15.67万km²，下辖11个地级市（图1）。2024年底常住人口为3 445.96万人，人均地区生产总值73 769元，比上年增长2.8%。全省居民人均可支配收入32 441元，比上年增长4.9%。2024年11个地级市城市环境空气达标天数240~314 d。

1.2 数据来源与处理

本文研究所用主要指标数据均来自2010—2022年《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》、各地级市相关年份的统计年鉴以及国民经济和社会发展统计公报，部分缺失数据运用线性回归插值法补全，采用极差标准化消除数据量纲影响。

1.3 城市韧性指标体系构建

“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念是新时代管全局、管根本、管长远的导向，城市是贯彻新发展理念进而推动高质量发展的核心地域，推进城市韧性建设需要结合新发展理念^［20］。创新是引领发展的第一动力，在城市韧性中体现在注重提升城市韧性的牵引力；协调是持续健康发展的内在要求，在城市韧性中体现在注重维持城市各系统的协调发展；绿色是永续发展的必要条件，在城市韧性中体现在注重城市韧性提升与自然环境的和谐共生；开放是国家繁荣发展的必由之路，在城市韧性中体现在注重韧性发展平台的搭建与拓宽；共享是中国特色社会主义的本质要求，在城市韧性中体现在注重城市资源配置的优化，5个方面紧密联系，相互支撑，形成合力^［20-22］（图2）。将新发展理念融入城市韧性水平评价指标选取，确保指标体系兼顾城市韧性发展需要的动力、平衡、绿色、开放与公平等要素，使城市韧性评价从“单一维度”转向“系统发展”，强调各维度间的关联和协同作用，能够更全面地反映城市在复杂多变环境下的综合应用能力。

鉴于数据的可获取性、连续性和科学性，本文参考已有文献中构建的城市韧性评价指标体系，融入新发展理念^{［20，23］}，结合山西省城市发展的实际，从经济、社会、生态、工程韧性4个维度选取30个二级指标构建城市韧性综合测度评价体系（表1）。

（1） 经济韧性体现在城市面对经济风险时的抗压能力及恢复水平，结合开放的新发展理念选取对外贸易进出口额、实际利用外资投资额进行表征；结合协调的新发展理念选取人均地区生产总值、第二产业增加值占GDP比重、第三产业增加值占GDP比重、人均可支配收入、人均存款指标；结合创新的新发展理念选取固定资产投资进行表征。（2） 社会韧性体现在社会在面对风险时维持社会整合、促进社会有效运行的能力，结合创新的新发展理念选取科技支出占比进行表征；结合共享的新发展理念选取万人医生数、第二产业从业人员比重、第三产业从业人员比重、教育支出占比、万人医疗机构床位数、平均每一专任教师负担中学生数、城镇登记失业率进行表征。（3） 生态韧性体现在生态系统遭受冲击后能够自动恢复平衡的动态能力，结合绿色的新发展理念选取人均公园绿地面积、生活垃圾无害化处理能力、建成区绿化覆盖率、人均水资源量、二氧化硫排放量、污水处理率、空气质量达标天数进行表征。（4） 工程韧性代表城市基础设施保障居民生活和城市正常运行的能力，结合共享的新发展理念选取人均道路面积、建成区排水管道密度、建成区供水管道密度、互联网宽带接入用户数、移动电话用户数、燃气普及率、公路密度进行表征。

1.4 指标权重确定

为确保各指标权重的精确度与可信度，采用熵值法^［24］和层次分析法分别确定各指标的客观权重与主观权重，对客观权重与主观权重取平均值，即为各指标的综合权重（表1）。

1.5 研究方法

1.5.1 综合加权法

本文在4个维度下分别设置若干评价指标，对数据进行标准化处理，采用熵值法和层次分析法计算指标权重。对各指标进行加权求和，求得城市韧性水平得分。计算公式如下：

R={\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{Y}_{ij}{W}_j（1）

式中：R为地理单元城市韧性水平得分；n为指标个数；Y_ij 为标准化后的指标值；W_j 为指标权重。

1.5.2 三维核密度估计

核密度估计法（Kernel Density Estimation， KDE）最早由Rosenblatt和Parzen提出，利用连续的密度曲线描述随机变量的分布形态，直观地了解数据的分布形状，属于非参数检验方法之一^［25］。本文运用三维核密度估计法分析山西省城市韧性的动态演进趋势。

1.5.3 障碍度模型

本文引入障碍度模型，对影响山西省城市韧性的主要障碍因素进行测算。障碍度采用因子贡献度、指标偏离度和障碍度3个指标进行分析诊断^［26］，计算公式如下：

P_{ij}=\mathrm{1}-X_{ij}（2）

I_j=\frac{P_{ij}{W}_j}{{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{P}_{ij}{W}_j}（3）

式中：I_j 为障碍度，表明子系统或单项指标对城市韧性的影响程度；X_ij 为各指标标准化值，P_ij 为指标偏离度，是单项指标实际值与最优目标值之间的差距；W_j 为因子贡献度。

2 结果与分析

2.1 时序演化特征

时间维度上，2010—2022年山西省地级市城市韧性水平总体呈波动上升趋势（图3）。山西省大部分地级市整体城市韧性水平得分处于0.3~0.5内，只有太原得分始终在0.6以上，其中晋东南地区晋城、长治，中部地区晋中城市韧性水平大多数年份在0.4以上，整体城市韧性水平仍有较大提升空间。2010—2016年太原城市韧性水平整体呈波动上升趋势，阳泉、晋城、朔州、运城、临汾等大部分城市韧性水平整体呈波动下降趋势，可能是由于资源型城市过度依赖资源，产业转型困难，城市抗风险能力较弱。2016—2022年晋城、运城城市韧性水平有较大提升，太原、大同、阳泉、忻州、吕梁城市韧性水平也有一定程度的提升。太原城市韧性水平得分是部分地级市的2倍左右，可见省会城市资源集聚优势明显、基础设施更为完善、政策支持力度更大，城市在面对风险时抵抗能力更强，也说明山西省城市间韧性水平绝对差距较大。

2010—2022年山西省11个地级市各维度韧性水平呈现出不同幅度的增减趋势。（1） 经济韧性维度，太原整体经济韧性最高，存在一定下降趋势，后期趋于稳定，忻州呈上升趋势，晋城、朔州、运城、吕梁、临汾呈先下降后上升趋势。2010—2022年首末位城市韧性水平绝对差值由0.251 3下降为0.211 9，表明观测期内山西省地级市之间经济发展绝对差距有小幅度缩小趋势。（2） 社会韧性维度，太原整体社会韧性最高，除晋城外，其他地级市总体呈波动上升态势，临汾社会韧性水平变化较为稳定，吕梁社会韧性水平波动较大，13年间首末位城市韧性水平绝对差值集中于0.093 9~0.150 9。（3） 工程韧性维度，太原整体工程韧性最高，太原、大同、运城、忻州、晋城、晋中、临汾呈波动上升态势，朔州、吕梁后期工程韧性水平有一定下降趋势，阳泉呈先上升后下降趋势，长治呈先上升后小幅下降趋势，首末位城市韧性水平绝对差值集中于0.059 7~0.149 3。（4） 生态韧性维度，大同呈现明显的上升趋势，太原观测前期较为稳定，后期波动上升，2022年有小幅度下降趋势，阳泉、长治、晋城、运城、忻州、临汾呈先下降后上升趋势，朔州整体变化幅度不大。首末位城市韧性水平绝对差值集中于0.073 5~0.094 2。

运用核密度估计法进一步分析城市韧性的分布演化及延展趋势，基于MATLAB软件绘制出2010—2022年山西省城市韧性三维核密度估计图（图4）。从分布位置来看，城市综合韧性核密度曲线整体呈先左移后右移且总体呈微小右移的趋势，这表明2010—2022年期间山西省城市韧性水平先降后升，总体呈波动上升的态势；从主峰演进趋势来看，峰值先降后升，整体峰值下降。具体维度来看：4个维度韧性核密度曲线均呈现先左移后右移趋势，说明分维度韧性水平有先下降后上升的态势。经济韧性和社会韧性核密度曲线整体峰值上升，延展性一定程度收缩，说明城市间经济韧性和社会韧性绝对差距有一定缩小趋势，工程韧性和生态韧性核密度曲线整体峰值下降，延展性一定程度拓宽，表明城市间韧性差距有一定扩大趋势。综合韧性和4个维度韧性都存在双侧拖尾现象，说明具有较高韧性水平的城市，也存在较低韧性水平的城市。

2.2 空间演化特征

根据山西省地级市城市韧性的测度结果，借鉴前人研究^［27-28］，在ArcGIS 10.8中将山西省城市韧性水平划分为低韧性、较低韧性、较高韧性和高韧性4个等级（表2）。借助ArcGIS 10.8软件绘制2010年、2016年和2022年山西省地级市城市韧性等级空间分布图。

总的来看，2010—2022年山西省地级市城市综合韧性水平呈现出较为明显的空间分异特征（图5）。2010年太原处于唯一的高韧性等级，晋南韧性水平较高于晋北地区，韧性水平低值区和较低值区主要集中于忻州、大同、朔州和临汾，吕梁、阳泉、晋中、长治、运城、晋城处于较高韧性。2016年太原城市韧性水平仍处于高值区，晋东南城市韧性水平整体高于晋西北和晋西南，晋东南为次核心的趋势开始显现。2022年太原仍然处于唯一的高韧性等级，韧性较低值区集中于吕梁、临汾、忻州、阳泉和朔州，晋城、长治、晋中、运城、大同处于韧性较高等级，低韧性区已缺失，表明2022年城市韧性水平整体有所提升，总体来看，2010—2022年山西省城市韧性水平存在“核心-边缘”差异，逐渐呈现出以太原为核心，晋东南为次核心的城市韧性发展格局。

从分维度空间格局来看（图6），4个城市韧性维度在山西省表现出显著的空间不均衡性。（1） 经济韧性维度，省会城市太原持续显现出显著的经济活力，经济集聚和发展动能突出。2010—2022年高韧性仅集中在太原；2016年长治、晋城、阳泉呈现较高韧性；2022年长治、晋城的经济韧性进一步巩固，整体呈现以太原为核心，长治、晋城逐步强化的集聚趋势，其他城市多为较低或低韧性，区域差异较明显。反映出多数城市开放程度、创新动能、区域协调发展的不足。（2） 社会韧性维度，2010年高值区域集中在太原、运城、晋城，太原始终为高韧性，忻州长期处于低韧性；大同社会韧性有所提升，得益于民生的投入和文旅生态的发展；社会高韧性区域减少，这一现象可能与山西省资源型城市经济转型对社会结构的冲击、社会基础设施建设与公共服务资源辐射有限有关，体现了共享和创新发展理念对社会韧性提升的重要性。（3） 2010—2016年整体工程韧性水平呈现“中值集中”特征，只有太原处于高值区域；2022年运城市跃升至高韧性等级，得益于交通网络的升级和市政工程的提质，体现了以共享发展理念为底色提高工程韧性的重要性。（4） 生态韧性从东南部晋城、长治的局部高值，经历2016年的低水平均衡态势后，2022年向北部忻州、大同和东南部长治、晋城扩展，形成南北联动的较高和高韧性带，这得益于以绿色发展理念为引领，优化升级产业结构、落实生态治理政策规划与制度创新、促进区域协同发展等。总之，各维度韧性在2010—2022年均有明显的空间格局演变，太原市在经济、社会、工程韧性中长期保持核心地位，其他城市在不同维度呈现明显的区域分化。可见山西省在不同发展阶段对经济、社会、工程、生态领域的投入和发展策略的调整，以及对新发展理念的贯彻。

2.3 城市韧性障碍因素

依据维度层障碍度计算结果，各维度平均障碍度排序为经济韧性（0.357 4）>社会韧性（0.278 0）>工程韧性（0.206 4）>生态韧性（0.158 1）。其中，经济韧性与社会韧性的障碍度较高，这表明二者对山西地级市韧性水平的提升起到关键作用；社会韧性的障碍度呈现波动下降趋势；生态韧性的障碍度略有下降。

依据指标层障碍度计算结果，对2010年、2016年、2022年各单项指标的障碍度大小进行统计分析，对2010—2022年各单项指标的障碍度取平均值（表3），并列出前8项的指标。结果表明，对外贸易进出口额（C₅）、科技支出占比（C₁₃）、互联网宽带接入用户数（C₂₀）、人均地区生产总值（C₁）、人均可支配收入（C₄）、万人医生数（C₁₀）、人均存款（C₈）、实际利用外资投资额（C₇）是综合排名前八的障碍因子，说明各地级市要注重科技投入，加大市场的开放程度，注重医疗服务质量的提高，提高居民的基本保障和生活水平。2010年、2016年和2022年3年中，对外贸易进出口额（C₅）、科技支出占比（C₁₃）、互联网宽带接入用户数（C₂₀）、人均可支配收入（C₄）、人均地区生产总值（C₁）、公路密度（C₂₃）一直是主要的障碍因子。其中对外贸易进出口额（C₅）、科技支出占比（C₁₃）排名最稳定，表明大多数地级市可能存在经济外向程度较低，产业竞争力不强，对科技创新重视不足，创新能力有待提升的问题。2016年，建成区供水管道密度（C₁₉）退出主要的障碍因子序列，表明2016年城市供水布局进一步优化，供水保障水平有所提高，城市基础设施建设变得更加完善。2016年和2022年万人医生数（C₁₀）进入主要的障碍因子序列，表明2016年地级市医疗服务可及性有待提升，应对突发公共卫生事件能力存在薄弱环节。人均存款（C₈）在2010年为排名第6位的障碍因子，2016年其排名下降2位，2022年退出主要的障碍因子，表明2010—2022年间经济发展与收入增长为人均存款上升提供了基础，居民整体收入有所提高。2022年实际利用外资投资额（C₇）进入主要的障碍因子序列，表明2022年山西省各地市实际利用外资投资额差异较大，整体经济吸引力不足，产业配套能力弱，营商环境有待提升。

此外，部分指标也反映出山西省地级市城市韧性水平的有效提升路径。例如，二氧化硫排放量（C₂₈）的障碍度呈减小趋势，从2010年的0.033 9降到2022年的0.024 4，表明山西省对工业污染治理、能源结构调整、运输结构优化、环境管理与监测等方面产生的二氧化硫排放做到了有效控制，生态环境治理能力有所提升，绿色发展理念得到贯彻落实。教育支出占比（C₁₄）障碍度也呈减小趋势，从2010年的0.032 4降到2022年的0.023 4，表明山西省城市在发展过程中，教育投入与城市发展的协调性得到改善，教育与城市发展战略契合度有所提高。

3 讨 论

中部资源型城市面临城市内部转型升级困难、人口流失、区域发展不均衡等问题，将中部省份山西省作为研究对象，从新发展理念的视角出发，将新发展理念融入研究框架和指标选取，分析其2010—2022年城市韧性时空演化特征，科学诊断影响城市韧性水平的障碍因子。其结果与已有研究结果基本一致，如有学者指出2001—2023年山西省地级市的多维城市韧性水平总体呈现出波动上升的趋势^［29］；在相同观测周期张筱娟也指出黄河流域韧性下降城市中60%以上为资源型城市，山西省位于其中，主要是由于资源型城市过度依赖资源，城市抗风险能力较弱，且城市韧性存在明显的区域差异^［23］。

基于对山西省城市韧性水平的主要障碍因子分析，建议山西省城市韧性提升应重点关注以下方面：（1） 提高经济外向程度，优化贸易环境，促进经济增长。优化贸易环境，与其他城市、地区建立区域合作机制，实现资源共享、优势互补，带动经济增长和居民收入提高，如太原市依托省会优势，优化产业结构，推动传统产业转型升级，深化与京津冀地区贸易合作；加大交通基础设施的投资，提升物流运输效率，如晋中打造太原都市区交通副枢纽，忻州完善晋北交通枢纽功能。（2） 加大科技投入，搭建创新平台。建立并完善创新激励机制，加强科技攻关和成果转化，实现科技与产业的深度融合，推动科技资源共享，促进创新链产业链资金链人才链深度融合。如太原依托双一流高校资源，设立科技创新专项资金，支持技术研发，推行“企业+高校+科研院所”协同创新模式。（3） 加强数字经济建设。加大网络覆盖投入，优化网络设备与技术，完善数字基础设施，结合本地产业特色，建设专项数字平台。（4） 加强城市间协作机制。提升省会城市辐射带动能力，促进太原都市区、晋北城市群、晋南城市群、晋东南城市群发展。山西省地级市在产业基础、人才储备、技术水平等方面存在差异，通过协作机制共同推进基础设施建设和共享，实现资源共享与优势互补，提升区域整体竞争力，实现创新、协调、绿色、开放、共享的可持续发展目标。

此外，文中还存在以下不足：（1） 囿于数据可获取性，山西省城市韧性评价指标选取不够系统全面，后续研究需要重点突破指标选取的局限性。（2） 缺乏更深层次的城市韧性影响机制探讨，未来可以深入研析各因子间相互作用的方式。

4 结 论

（1） 在时间序列变化方面，2010—2022年山西省城市韧性水平总体呈波动上升的态势，11个地级市各维度变化特征存在差异。2010—2016年大多数城市韧性水平有波动下降趋势；2010—2022年各维度韧性水平呈现出不同幅度的增减趋势。

（2） 在空间格局演变方面，城市韧性水平存在较为明显的空间分异特征。2010—2022年山西省城市韧性水平逐渐呈现出以太原市为核心，晋东南为次核心的发展格局；各维度韧性在2010—2022年均有明显的空间格局演变，太原市在经济、社会、工程韧性中长期保持核心地位，其他城市在不同维度呈现明显的区域分化。

（3） 在障碍度诊断方面，从准则层看，各维度平均障碍度排序为经济韧性>社会韧性>工程韧性>生态韧性。从指标层看，影响山西省城市韧性水平的障碍因子主要有对外贸易进出口额、科技支出占比、互联网宽带接入用户数、人均地区生产总值、人均可支配收入、万人医生数、人均存款、实际利用外资投资额。

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基金资助

山西省高等学校哲学社会科学研究项目(2024W231)

国家自然科学基金青年基金(42401367)